強誘電体薄膜のサイズ効果とそれが薄膜メモリ特性に及ぼす影響

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650366
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 姫路工業大学
• 研究代表者: 清水 勝 姫路工業大学, 工学部, 助教授 (30154305)
• 研究分担者: 藤沢 浩訓 姫路工業大学, 工学部, 助手 (30285340)
• キーワード: 強誘電体 / Pb(Zr,Ti)O_3 / 薄膜 / メモリデバイス / サイズ効果 / MOCVD法 / 膜厚 / グレインサイズ

研究概要

強誘電体Pb(Zr,Ti)O_3(以下PZT)薄膜のメモリデバイスへの応用において、将来の低電圧駆動化や高集積化を考えると、強誘電体薄膜自身の膜厚やグレインサイズが電気特性にどの様な影響を及ぼすかといういわゆるサイズ効果が重要になる。そこで本研究では、PZT薄膜のサイズ効果を明らかにするとともに、それがメモリデバイス特性に及ぼす影響を調べることを目的に研究を行った。PZT薄膜はMOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)法により作製した。良好な強誘電性を示すPZT膜が600℃程度の成長温度で得られた。まず得られたPZT膜の電気特性の膜厚依存性に関して調べた。Pt/SiO_2/Si上に形成した多結晶PZT膜及びPt/MgO上の高配向PZT膜とも、誘電率は膜厚の減少(600-100nm)に伴い減少した。また膜厚の減少に伴い、残留分極値は減少、抗電界値は増加する傾向にあった。つぎにPZT膜のグレインサイズの違いが電気特性に及ぼす影響を調べるため、PZT膜のグレインサイズの制御を試みた。グレインサイズはPZT及びPt下部電極の成長速度を変化させることにより制御を試みた。その結果、グレインサイズの制御はPZT膜の成長速度を変えることにより制御でき、成長速度が遅い方がグレインサイズが大きいことが分かった。グレインサイズは、Pt/MgO上のPZT膜の方がPt/SiO_2/Si上のものより大きく、前者で250-500nm程度、後者で100-300nmまで制御できた。誘電率、残留分極、抗電界、リ-ク電流等のグレインサイズ依存性に関しては、現在測定中である。今後はこれらのデータの解析を進めると同時に、SrRuO_3/SrTiO_3上のエピタキシャルPZT薄膜のサイズ効果についても検討を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] Masaru SHIMIZU: "Step Coverage characteristics of Pb(Zr, Ti)O_3 Thin films on Various Electrode Materials by Metulorganic Chemicul Vapor Deposition" Jpn. J. Appl. Phys.36. 5808-5811 (1997)
• [文献書誌] Masaru SHIMIZU: "Properties of Sputtened Ir and IrO_2 Electrodes for PZT Capacitors" Ext. Abs. 8th US-Japan Seminor on Dielectvic and Piezoelectric Ceramics. 124-127 (1997)
• [文献書誌] Masaru SHIMIZU: "Pb(Zr, Ti)O_3 Thin film Deposition on Ir and IrO_2 Electrodes by MOCVD" Proc. 9th International Meeting on Fewoelectricity. (未定). (1998)
• [文献書誌] Tadashi SHIOSAKI: "Pb-Baced and Bi-Bused Ferroelectric Thin Films" Proc. 9th International Meeting on Ferroelectricity. 未定 (1998)
• [文献書誌] Masaru SHIMIZU: "Effects of Sputtered Ir and IrO_2 Electrodes on the Properties of PZT Thin Films Deposited by MOCVD" Mater. Res. Soc. Symp. Proc.493(未定). (1998)
• [文献書誌] 清水勝: "MOCVD法による強誘電体Pb(Zr, Ti)O_3薄膜の諸特性とメモリーデバイスへの応用" 電子情報通信学会技術研究報告. ED97(未定). (1998)